Spannungsüberwachung

Man kommt das ein oder andere Mal in die Situation, dass man einen µC mit Akkus oder Batterien betreibt und somit die Spannung im Betrieb abfällt. Gerade bei Akkus kann dies kritisch werden, wenn sie zu tief entladen werden. Oft merkt man es aber nicht direkt, da viele µC auch noch mit kleineren Spannungen auskommen.

Das heißt wir müssen irgendwie die Betriebsspannung messen oder vergleichen um ein Signal zu geben oder den µC schlafen legen. Eine Möglichkeit wäre natürlich einen analogen Eingang des Controllers zu nutzen. Aber dafür bräuchten wir eine Referenzspannung die auch bei sinkender Betriebsspannung gleich bleibt um eine brauchbare Messung zu bekommen. Darüber hinaus haben wir gerade bei kleineren Controllern nicht immer ein analogen Eingang übrig oder zur Verfügung. Daher habe ich mir andere Möglichkeiten ausgedacht:

 

Möglichkeit 1

Am einfachsten ist meiner Meinung nach die Eingangsspannung mit einem Operationsverstärker zu vergleichen. Aber auch da brauchen wir natürlich eine Referenz. Dies lässt sich ganz einfach übe eine Zenerdiode realisieren.

Das Prinzip ist ganz einfach, wenn man sich etwas mit Operationsverstärkern (OP) auskennt. Durch die Z-Diode haben wir an dem positiven (+) Eingange von dem OP eine konstante Spannung von 3,3V. Diese kann bei jeder Diode durch die eigene Toleranz um ein paar Prozent abweichen. Das muss dann individuell bestimmt werden. Wenn die Spannung am negativen (-) Eingang niedriger wird als am positiven, dann Liegt am Ausgang vom OP Vcc an. Andernfalls ist das Potenzial am Ausgang gleich dem Potenzial von GND. Das heißt die Schaltung wird über das Potentiometer kalibriert.

Dazu habe ich mal eine Beispielrechnung aufgeführt:

Usoll = 5V, Umin = 4,5V U => Wenn Vcc 4,5V beträgt muss die Spannung am negativen Eingang (U-) kleiner 3,5V sein. Das heißt wir brauchen am OP ein Spannungsverhältnis von 1V zu 3,5V.Wenn man jetzt das Potentiometer wie zwei Widerstände betrachtet benötigen wir ca ein Verhältnis von 22,2kOhm zu 77,8kOhm. Da die Spannung geringfügig kleiner sein soll, würde man den Poti so einstellen, dass das Verhältnis 22kOhm zu 78kOhm beträgt. Soweit die Theorie. In der Praxis haben die Bauteile natürlich Toleranzen und man muss die Schaltung entweder mit einem Multimeter kalibrieren, oder am besten einmal 4,5V anlegen und so lange drehen bis sich der Zustand des OP verändert.

Den Ausgang kann man dann mit dem Controller verbinden und dementsprechend regieren, oder auch anderweitig verwenden.

 

Möglichkeit 2

Wenn man wie auf meinem Atmega Board zB. eine Referenzspannung von 3,3V hat kann man auch diese Verwenden. Allerdings sollte man dann darüber nicht sehr viel Strom ziehen, da sich die Ausgangsspannung des Spannungsreglers auch wieder leicht ändert und somit die Kalibrierung nicht mehr stimmt.

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